Miért nincs egyensúly a leghidegebb és a legmelegebb hőmérséklet között?
A leghidegebb hőmérséklet könnyedén mérhető. Mindannyian tudjuk, hogy ez az abszolút nulla fok. Ez a szám nem túl nagy, sőt mondhatni, hogy meglehetősen szerény, legalábbis a legforróbb hőmérséklethez képest. Ott ugyanis a Planck-hőmérséklet a maximum, és ennek az értékét még kimondani is nehéz.
Némi józan ész azt súgja, hogy kellene lennie valamiféle egyensúlynak. Hiszen például a kristályosodás kezdeti hőmérséklete általában egybeesik az olvadás kezdeti hőmérsékletével. Valószínűleg itt is kellene lennie valamilyen egyensúlyi számnak, nem? Nos, nem. Itt minden teljesen másképp van.
Az eltérés a fizikában gyökerezik. A hőmérséklet az energia mértéke. Nem feltétlenül szükséges, hogy a rendszer viselkedése itt valamiféle egyensúlyt mutasson. Amikor a részecskék energiája nem elegendő, gyakorlatilag megdermednek, és ez egyenértékű az abszolút nulla fokkal. Amikor az energia túlcsordul, és kívülről érkezik a rendszerbe, akkor a hőmérséklet a maximum felé törekszik.
Ezt a példát leegyszerűsíthetjük úgy, hogy egy gyerek is megértse:
Bármennyi almát adhatsz a barátodnak, de nem tudsz elvenni tőle egy almát, ha neki egy sincs. Nagyjából ez a helyzet az energiával is.
Még a kvantumfluktuációk is visszafogottan viselkednek, és gyakorlatilag eltűnnek az abszolút nulla fok szintjén. De a hő hatására az atomok egyre gyorsabban és gyorsabban mozognak, a részecskék egyre gerjesztettebbek lesznek, egyre nagyobb energiával ütköznek egymásnak, és gyakorlatilag nincs felső határ.
Egy bizonyos határ felett a részecskék mozgási energiája olyan nagy lesz, hogy a részecskék közötti gravitációs vonzás erősebben kezd hatni a mozgásukra, mint más alapvető kölcsönhatások. Lényegében az anyag megszűnik létezni. De ez nem egyenértékű a mozgás hiányával.
Egy szupernóva magjában a hőmérséklet eléri a 100 milliárd fokot. A részecskegyorsítókban elértük a billió fokot, de még mindig van lehetőség feljebb menni. A korai Univerzum például még ennél melegebb volt. Itt már a számok annyira nagyok lesznek, hogy egyszerűen elvesztik a jelentésüket.
Mivel a hőmérséklet a mozgáshoz tartozó mozgási energiához kapcsolódik, és így a részecskék közötti távolsághoz is, ezért végtelen lehet. A távolság hihetetlenül nagy lehet. Az alacsony hőmérséklet ezzel szemben a részecskék közötti távolság hiányához kapcsolódik. A köztük lévő tér hiánya pedig teljesen objektív. Tehát van egy végpont is.
Képzelj el egy borsónyi méretű gumilabdát, amely szabadon pattog egy dobozban. A mozgásának energiája (a doboz által meghatározott térhez viszonyítva) az, amit „hőnek” látunk.
Most képzeld el, hogy egyre több ilyen golyót teszel a dobozba, és mindegyik olyan intenzíven mozog, ahogy csak tud. Végül eljön az a pillanat, amikor a doboz megtelik. Nem tudsz többet belezsúfolni a térbe. Ez az analógiája a minimális energiájú állapotnak.
Kövesd új Facebook oldalunkat és értesülj további érdekes cikkekről:
